Trong những thập kỷ qua, các cấu trúc não nhân tạo phát triển trong phòng thí nghiệm đã giúp con người hiểu rõ hơn về các chứng rối loạn thần kinh–tâm thần, từ đó tìm ra phương pháp điều trị thích hợp. Vấn đề đặt ra là liệu chúng có thể trở nên quá giống với bộ não con người và từ đó xuất hiện ý thức hay không?
Năm 2008, các nghiên cứu về não người đã có những bước tiến đáng kể. Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Cell Stem Cell, các nhà khoa học tại Trung tâm Sinh học Phát triển RIKEN (Nhật Bản) đã tìm thấy những điều kiện thích hợp để kích thích tế bào gốc của con người phát triển thành một bộ não thu nhỏ nuôi cấy trong phòng thí nghiệm.
Theo Viện Y tế Quốc gia Mỹ (NIH), những cấu trúc não nhân tạo nhỏ bé này được gọi là “organoid”. Chúng có đường kính rất nhỏ – chỉ khoảng 4mm – chứa từ 2 triệu đến 3 triệu tế bào thần kinh đặc trưng của một vùng não. Để so sánh, bộ não của người trưởng thành ước tính có khoảng 86 tỷ tế bào thần kinh, với nhiều loại tế bào kết nối theo những cách phức tạp trên các vùng khác nhau của não.
Organoid có tác động mạnh mẽ đối với nghiên cứu y sinh học. Mặc dù organoid có cấu trúc ít phức tạp hơn nhiều so với não người, nhưng chúng đã thúc đẩy đáng kể những khám phá về bệnh tâm thần phân liệt, rối loạn phổ tự kỷ (ASD), bệnh Alzheimer, ung thư não và ảnh hưởng của COVID-19 hoặc virus Zika đến não. Những căn bệnh này không ảnh hưởng đến chuột thí nghiệm nhưng có thể gây ra tác hại nghiêm trọng đối với con người.
Bởi vì organoid được nuôi cấy từ các tế bào da trưởng thành đã biệt hóa thành tế bào gốc, chúng ta có thể thử nghiệm những liệu pháp chữa trị tiềm năng trên một phiên bản mô não thu nhỏ của bệnh nhân.
Não nhân tạo có ý thức không?
Organoid não người có kích thước tương đối nhỏ, tuy nhiên giới khoa học đang nghiên cứu những phương pháp mới để làm cho bộ não phát triển trong phòng thí nghiệm trở nên phức tạp hơn. Cụ thể, họ tạo ra organoid giống như các phần khác nhau của não – ví dụ vùng não trước, tiểu não và vỏ não – sau đó kết hợp chúng lại với nhau để tạo thành một cấu trúc phức tạp. Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature vào tháng 4/2018, các nhà khoa học tại Viện Nghiên cứu Sinh học Salk (Mỹ) đã thành công trong việc cấy ghép organoid não người vào chuột trưởng thành, nơi chúng tạo ra kết nối thần kinh với tế bào não của chuột và thậm chí hình thành các mạch máu.
Trong một nghiên cứu khác đăng trên tạp chí Cell Stem Cell vào tháng 8/2019, các nhà khoa học tại Đại học California, San Diego (Mỹ) đã mô tả hiện tượng organoid tạo ra các sóng não hoạt động đồng bộ và tuân theo một mẫu sóng cụ thể (các mẫu điện não đồ), giống như các sóng xuất hiện trong não của trẻ sơ sinh. Phát hiện của nhóm nghiên cứu đã khơi mào nhiều cuộc tranh luận và làm dấy lên những lo ngại về vấn đề đạo đức khi nghiên cứu organoid não người.
Câu hỏi đặt ra là bộ não phát triển trong phòng thí nghiệm có ý thức hay không? Có nhiều định nghĩa về ý thức, nhưng chúng ta có thể hiểu một cách đơn giản “ý thức là khả năng nhận thức và phản ứng với môi trường xung quanh của một cá nhân”. Một thước đo đơn giản của ý thức là khả năng cảm nhận cơn đau. Não không có thụ thể cảm nhận đau nhưng lớp màng bao quanh não thì có. Khi organoid não người ngày càng trở nên phức tạp hơn, các nhà nghiên cứu có thể nghĩ cách phát triển lớp màng này để giúp organoid cảm thấy đau.
Khả năng “cảm nhận ánh sáng” là một cách khác để nhận biết môi trường xung quanh. Năm 2017, các nhà khoa học tại Đại học Harvard (Mỹ) đã tạo ra organoid não người chứa các tế bào cảm quang phản ứng với ánh sáng. Nhưng theo nhóm nghiên cứu, các tế bào này khó có khả năng xử lý thông tin hình ảnh, bởi vì chúng thiếu cấu trúc giải phẫu cần thiết để tạo ra các mẫu điện não đồ phức tạp.
Hầu hết các nhà khoa học và đạo đức học tin rằng,các organoid mà con người nuôi cấy trong phòng thí nghiệm cho đến nay đều không có ý thức.
Trong một báo cáo được công bố vào tháng 4/2021, Viện Hàn lâm Khoa học, Kỹ thuật và Y học Quốc giaMỹ kết luận các quy định hiện hành về nghiên cứu tế bào gốc đủ hiệu quả để giám sát những thí nghiệm liên quan đến organoid. Hiện tại, các thí nghiệm tạo ra cấu trúc giống não bộ hoặc việc thêm tế bào người vào não động vậtvẫn phù hợp với những chuẩn mực đạo đức trong nghiên cứu khoa học, do có rất ít bằng chứng cho thấy các cơ quan nhân tạo nàytrải nghiệm ý thứchoặc cảm thấy đau đớn như con người, theo Science.
Mặc dù triển vọng về bộ não nhân tạo có ý thức vẫn còn rất xa, nhưng lĩnh vực này đang phát triển nhanh chóng và chúng ta cần phải nghiên cứu trước các quy định cụ thể để giám sát nó trong tương lai.
Nếu ý thức được định nghĩa là khả năng cảm nhận đau đớn và cảm nhận ánh sáng, thì ruồi giấm, chuột thí nghiệm và hầu hết các loài động vật khác đều có ý thức. Tuy nhiên, các cơ quan quản lý vẫn cấp phép để các nhà khoa học tiến hành thí nghiệm trên động vật với những giới hạn nhất định, bởi vì những kiến thức thu được có khả năng cải thiện đáng kể đời sống con người. Điều quan trọng là họ phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc về chăm sóc và đảm bảo quyền lợi cho động vật.
Với một số sửa đổi nhỏ, các quy tắc này cũng có thể áp dụng cho việc nghiên cứu organoid não người, theo Nhà xuất bản Đại học Cambridge (Anh). Để dễ nhớ, chúng ta có thể gọi chúng là các quy tắc 3R bao gồm Reduce (Giảm thiểu), Refine (Cải tiến) và Replace (Thay thế). Cụ thể như sau:
- Giảm thiểu số lượng organoid não có khả năng xuất hiện ý thức đến mức tối thiểu để đạt được mục tiêu nghiên cứu.
- Cải tiến kỹ thuật thí nghiệm để giảm thiểu các tổn thương có thể xảy ra (ví dụ sử dụng thuốc gây tê hoặc kỹ thuật chỉnh sửa gene trước khi tiến hành thí nghiệm để giảm khả năng đau đớn).
- Thay thế organoid có khả năng xuất hiện ý thức bằng các organoid không thể xuất hiện ý thức hoặc vật liệu khác để đạt được mục tiêu nghiên cứu tương tự.
Những hướng dẫn như vậy sẽ giúp các nhà nghiên cứu cân nhắc chi phí và lợi ích của việc tạo ra organoid não người nhằm mang lại những hiểu biết quan trọng về các quá trình sinh học và bệnh tật của con người. Trong tương lai, các nhà khoa học có thể sử dụng organoid để nghiên cứu sự phát triển ban đầu của não người, cải thiện hiểu biết của chúng ta về các chứng rối loạn thần kinh–tâm thần, kiểm tra tác dụng dược lý và độc tính của các loại thuốc tương tác với mô thần kinh, thậm chí phát triển các phương pháp điều trị cá nhân hóa cho từng bệnh nhân.